CN212372190U - 一种解魔方机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种解魔方机器人。所述解魔方机器人包括第一机械臂机构、第二机械臂机构、转盘位置检测传感器、散热风扇、板卡、魔方限位转盘、摄像头安装机构、摄像头、补光灯、无线通信模块、魔方限位转盘电机、联轴器。本实用新型通过解魔方机器人的辅助初学者学习，提高初学者学习魔方的效率。

Description

一种解魔方机器人

技术领域

本实用新型涉及魔方教学领域，具体涉及一种解魔方机器人。

背景技术

魔方是一种大众普及的玩具，其不仅具有良好的可玩性，也能够锻炼智力，传统教学魔方在使用中存在如下缺陷,初学者在不记得公式的情况下,很难复原或变出想要图案,即使知道公式,复杂的变化情况和步骤也难以令初学者记住操作过的步骤。初学者学习的过程中如果单纯靠死记硬背公式来还原魔方，将会耗费大量的时间和精力。魔方教学能提高推理能力，但小学推广魔方教学难度大（陈珏,江雷,宋晓兰.小学生魔方教学与推理能力的实证研究[J].现代中小学教育,2012(04):53-56.）；另外魔方初学门槛高，公式多难记忆（李天奇. 基于iOS的三维魔方教学软件的研究与实现[D].华南理工大学,2015.）。

而新的教学系统结合智能手机、解魔方机器人、服务器结合起来，能很好的解决初学者实际面临的困难，智能手机提供教学视频和发送指令，解魔方机器人和服务器为学习者提供跟视频配套的练习魔方。

实用新型内容

为解决以上问题，本实用新型提供一种解魔方机器人，初学者学习魔方,通过智能手机查看配套的视频教程，操作智能手机控制解魔方机器人还原视频教程中对应的练习魔方，提供给学习者练习，通过解魔方机器人的辅助初学者学习，提高初学者学习魔方的效率。

本实用新型的目的至少通过以下技术方案之一实现。

一种解魔方机器人，包括第一机械臂机构、第二机械臂机构、转盘位置检测传感器、散热风扇、板卡、魔方限位转盘、摄像头安装机构、摄像头、补光灯、无线通信模块、魔方限位转盘电机、联轴器；

其中，魔方限位转盘放置在底座上的中心处，板卡设置在底座内魔方限位转盘的正下方，魔方限位转盘电机跟魔方限位转盘通过联轴器连接一起，板卡控制魔方限位转盘电机旋转，魔方限位转盘电机带动魔方限位转盘旋转，板卡上连接有无线通信模块；底座内设置有散热风扇；魔方限位转盘的一侧设置有第一机械臂结构，用于从下方将魔方顶起一个角度；魔方限位转盘另一侧设置有第二机械臂结构，用于从魔方一侧的上方将其向下压；转盘位置检测传感器安装在第二机械臂结构下方；第二机械臂结构以及魔方限位转盘之间安装有一个摄像头安装机构，摄像头安装机构顶部向魔方限位转盘正上方延伸出一部分用于安装摄像头和补光灯，摄像头用于拍摄魔方各个面中的色块颜色的照片；

第一机械臂结构末端为圆弧结构，使第一机械臂结构顶起魔方时不卡住魔方色块之间的缝隙，第二机械臂结构最上方和左右都有一块限位块，用于卡住魔方以及起到校正魔方的作用。

进一步地，魔方限位转盘用于带动魔方360度转动，魔方限位转盘上设置有高5mm~15mm的限位转盘护栏，用于限制魔方的位置。

进一步地，第一机械臂结构在魔方一侧从下往上顶起魔方，第二机械臂结构在另一侧从上往下下压魔方，然后第一机械臂返回原来的位置实现魔方在第一机械臂结构和第二机械臂结构所在方向翻转90度。

进一步地，第二机械臂结构具有纠正对齐魔方块和定位魔方的作用，当第二机械臂结构从上往下下压到一定位置时，可卡住魔方的上面两层色块，此时魔方限位转盘转动，实现只有底层的魔方块转动。

进一步地，第二机械臂机构和第一机械臂机构不进行操作，只旋转魔方限位转盘完成空转。

通过翻转90度、底层的魔方块转动、空转三个操作进行组合就可以完成对魔方任何面的转动操作。

进一步地，魔方限位转盘每次旋转的度数都是90度的倍数；转盘位置检测传感器用于检测魔方限位转盘旋转的度数是否有误，并将检测结果发送至无线通信模块。

进一步地，解魔方机器人上印有二维码，用于建立智能手机与无线通信模块之间的连接；无线通信模块用于接收智能手机发送的指令、控制第一机械臂机构、第二机械臂机构、散热风扇、板卡、魔方限位转盘、转盘位置检测传感器、摄像头、补光灯工作以及接收转盘位置检测传感器、摄像头测量的数据并将其传送至智能手机。

一种应用解魔方机器人的魔方教学系统，包括云端服务器、智能手机和解魔方机器人；其中，智能手机和解魔方机器人通过短距离无线通讯，智能手机和云端服务器采用广域网通讯；智能手机用于查看教学视频、发送数据或指令给解魔方机器人和云端服务器以及接收两者传送的数据；解魔方机器人用于接收指令还原魔方以及发送魔方色块数据给智能手机；云端服务器用于通过智能手机接收魔方色块数据，根据魔方色块数据进行还原逻辑运算并且转化为机械步骤传给智能手机；解魔方机器人还原魔方以及智能手机播放教学视频结合实现魔方教学。

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

解魔方机器人采用简单的机械结构，低成本实现魔方的解算以及复原；应用解魔方机器人于魔方教学的系统能为魔方学习者提供对应的教学视频中的魔方，以供该学习视频的训练，通过视频学习口诀背诵以及解魔方机器人对魔方的复原动作相结合来学习魔方。

附图说明

图1为本实用新型实施例中魔方教学系统的组成部分示意图；

图2为本实用新型实施例中魔方教学系统的组成部分的关系示意图；

图3a和图3b分别为本实用新型实施例中解魔方机器人的斜视图和正视图；

图4为本实用新型实施例中魔方教学方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的具体实施进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：

一种解魔方机器人，包括第一机械臂机构5、第二机械臂机构6、转盘位置检测传感器7、散热风扇8、板卡9、魔方限位转盘10、摄像头安装机构11、摄像头12、补光灯13、无线通信模块14、魔方限位转盘电机15、联轴器16；

其中，魔方限位转盘10放置在底座上的中心处，板卡9设置在底座内魔方限位转盘10的正下方，魔方限位转盘电机15跟魔方限位转盘10通过联轴器16连接一起，板卡9控制魔方限位转盘电机15旋转，魔方限位转盘电机15带动魔方限位转盘10旋转，板卡9上连接有无线通信模块14；底座内设置有散热风扇8；魔方限位转盘10的一侧设置有第一机械臂结构5，用于从下方将魔方4顶起一个角度；魔方限位转盘另一侧设置有第二机械臂结构6，用于从魔方4一侧的上方将其向下压；转盘位置检测传感器7安装在第二机械臂结构6下方；第二机械臂结构6以及魔方限位转盘10之间安装有一个摄像头安装机构11，摄像头安装机构11顶部向魔方限位转盘10正上方延伸出一部分用于安装摄像头12和补光灯13，摄像头12用于拍摄魔方4各个面中的色块颜色的照片；

第一机械臂结构5末端为圆弧结构，使第一机械臂结构5顶起魔方时不卡住魔方色块之间的缝隙，第二机械臂结构6最上方和左右都有一块限位块，用于卡住魔方以及起到校正魔方的作用。

魔方限位转盘10用于带动魔方360度转动，魔方限位转盘10上设置有高5mm~15mm的限位转盘护栏，用于限制魔方4的位置。

第一机械臂结构5在魔方4一侧从下往上顶起魔方4，第二机械臂结构6在另一侧从上往下下压魔方4，然后第一机械臂返回原来的位置实现魔方4在第一机械臂结构和第二机械臂结构所在方向翻转90度。

第二机械臂结构6具有纠正对齐魔方块和定位魔方4的作用，当第二机械臂结构6从上往下下压到一定位置时，可卡住魔方4的上面两层色块，此时魔方限位转盘10转动，实现只有底层的魔方块转动。

第二机械臂机构6和第一机械臂机构5不进行操作，只旋转魔方限位转盘10完成空转。

通过翻转90度、底层的魔方块转动、空转三个操作进行组合就可以完成对魔方任何面的转动操作。

魔方限位转盘10每次旋转的度数都是90度的倍数；转盘位置检测传感器7用于检测魔方限位转盘10旋转的度数是否有误，并将检测结果发送至无线通信模块14。

解魔方机器人上印有二维码，用于建立智能手机与无线通信模块14之间的连接；无线通信模块14用于接收智能手机发送的指令、控制第一机械臂机构5、第二机械臂机构6、散热风扇8、板卡9、魔方限位转盘10、转盘位置检测传感器7、摄像头12、补光灯13工作以及接收转盘位置检测传感器7、摄像头12测量的数据并将其传送至智能手机。

一种应用解魔方机器人的魔方教学系统，包括云端服务器1、智能手机2和解魔方机器人3；其中，智能手机2和解魔方机器人3通过短距离无线通讯，智能手机2和云端服务器1采用广域网通讯；智能手机2用于查看教学视频、发送数据或指令给解魔方机器人3和云端服务器1以及接收两者传送的数据；解魔方机器人3用于接收指令还原魔方以及发送魔方色块数据给智能手机2；云端服务器1用于通过智能手机2接收魔方色块数据，根据魔方色块数据进行还原逻辑运算并且转化为机械步骤传给智能手机2；解魔方机器人3还原魔方以及智能手机2播放教学视频结合实现魔方教学。

一种应用解魔方机器人以及魔方教学系统的魔方教学方法，包括以下步骤：

S1、将所需还原的魔方放入解魔方机器人的旋转魔方限位转盘上；

S2、使用智能手机扫描解魔方机器人上的二维码，建立智能手机与解魔方机器人之间的连接，在建立连接之后，旋转魔方底座旋转到原点，原点用于使得板卡精确地控制限位转盘电机转动；

S3、通过智能手机发送获取魔方色块的指令给解魔方机器人，通过解魔方机器人中的摄像头拍摄魔方各个面的图片，将摄像头拍摄得到的图片信息先通过图像二值化操作变成灰度图，其中魔方色块为白色，魔方色块间隙以及周边环境为黑色，再通过图像的膨胀腐蚀操作分割出魔方每个色块，识别出每个色块位置后读取拍摄原图中对应位置色素的rgb值，从而判断出各个色块的颜色，得到魔方色块数据；将魔方色块数据通过无线通信模块发送至智能手机；

S4、智能手机接收魔方色块数据并将其发送子云端服务器，云端服务器根据魔方色块数据进行还原逻辑运算并转化为机械步骤传送给智能手机；

S5、智能手机将机械步骤发送至解魔方机器人，解魔方机器人根据该步骤完成解魔方的操作。

所述魔方教学方法还包括魔方学习者通过观看解魔方机器人完成解魔方操作或将魔方还原成视频教程中的教学魔方，同时跟着视频教程学习魔方口诀，实现魔方教学。

最后应说明的是以上所述仅为本实用新型的优选实施例,并不用于限制本实用新型,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种解魔方机器人，其特征在于，包括第一机械臂机构（5）、第二机械臂机构（6）、转盘位置检测传感器（7）、散热风扇（8）、板卡（9）、魔方限位转盘（10）、摄像头安装机构（11）、摄像头（12）、补光灯（13）、无线通信模块（14）、魔方限位转盘电机（15）、联轴器（16）；

其中，魔方限位转盘（10）放置在底座上的中心处，板卡（9）设置在底座内魔方限位转盘（10）的正下方，魔方限位转盘电机（15）跟魔方限位转盘（10）通过联轴器（16）连接一起，板卡（9）控制魔方限位转盘电机（15）旋转，魔方限位转盘电机（15）带动魔方限位转盘（10）旋转，板卡（9）上连接有无线通信模块（14）；魔方限位转盘（10）的一侧设置有第一机械臂机构（5），用于从下方将魔方（4）顶起一个角度；魔方限位转盘另一侧设置有第二机械臂机构（6），用于从魔方（4）一侧的上方将其向下压；转盘位置检测传感器（7）安装在第二机械臂机构（6）下方；第二机械臂机构（6）以及魔方限位转盘（10）之间安装有一个摄像头安装机构（11），摄像头安装机构（11）顶部向魔方限位转盘（10）正上方延伸出一部分用于安装摄像头（12）和补光灯（13），摄像头（12）用于拍摄魔方（4）各个面中的色块颜色的照片；

第一机械臂机构（5）末端为圆弧结构，使第一机械臂机构（5）顶起魔方时不卡住魔方色块之间的缝隙，第二机械臂机构（6）最上方和左右都有一块限位块，用于卡住魔方以及起到校正魔方的作用。

2.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人，其特征在于，魔方限位转盘（10）用于带动魔方360度转动，魔方限位转盘（10）上设置有高5mm~15mm的限位转盘护栏，用于限制魔方（4）的位置。

3.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人，其特征在于，第一机械臂机构（5）在魔方（4）一侧从下往上顶起魔方（4），第二机械臂机构（6）在另一侧从上往下下压魔方（4），然后第一机械臂返回原来的位置实现魔方（4）在第一机械臂机构和第二机械臂机构所在方向翻转90度；第二机械臂机构（6）具有纠正对齐魔方块和定位魔方（4）的作用，当第二机械臂机构（6）从上往下下压到一定位置时，可卡住魔方（4）的上面两层色块，此时魔方限位转盘（10）转动，实现只有底层的魔方块转动。

4.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人，其特征在于，第二机械臂机构（6）和第一机械臂机构（5）不进行操作，只旋转魔方限位转盘（10）完成空转。

5.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人，其特征在于，魔方限位转盘（10）每次旋转的度数都是90度的倍数；转盘位置检测传感器（7）用于检测魔方限位转盘（10）旋转的度数是否有误，并将检测结果发送至无线通信模块（14）。

6.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人，其特征在于，解魔方机器人上印有二维码，用于建立智能手机与无线通信模块（14）之间的连接；无线通信模块（14）用于接收智能手机发送的指令、控制第一机械臂机构（5）、第二机械臂机构（6）、散热风扇（8）、板卡（9）、魔方限位转盘（10）、转盘位置检测传感器（7）、摄像头（12）、补光灯（13）工作以及接收转盘位置检测传感器（7）、摄像头（12）测量的数据并将其传送至智能手机。

7.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人，其特征在于，底座内设置有散热风扇（8）。

Images